基于电子鼻和ATD-GC-MS技术分析茉莉花茶香气成分的产地差异

王淑燕，赵 峰，饶耿慧，林宏政，郭永春，傅天甫, ，翁发水，叶乃兴,

（1.福建农林大学园艺学院/茶学福建省高校重点实验室，福建福州 350002；2.福建中医药大学药学院，福建福州 350122；3.罗源生春源茶业有限责任公司，福建福州 350600；4.福建闽瑞茶业有限公司，福建福州 350018）

茉莉花茶属于再加工茶类，具有降血糖[1]、抗抑郁[2]、抗氧化[3]等保健功效。2018年全国茉莉花茶产量11.08万吨，产值达到109.1亿元[4−5]。福州为茉莉花茶的发源地，福州茉莉花茶为历史名茶，并被列为地理标志产品[6]，横县茉莉花茶在全国茉莉花茶中占主导地位[7]，两地的茉莉花茶总产量和总产值在全国茉莉花茶中分别占到80.2%和81.7%[4−5]。

香气是茉莉花茶品质评价的重要指标，而茉莉花茶的香气主要来源于对茉莉鲜花香气的吸附[8−9]。前人在茉莉花茶的窨制过程[10−11]、窨制方式[12]、生产厂家[13]、品类[14]、等级[15]、品质及真伪[16]等方面进行了香气研究。然而，关于不同产地茉莉花茶的香气研究仍较为欠缺。Lin等[17]提出了茉莉花茶香气（jasmine tea flavor，JTF）指数，即邻氨基苯甲酸甲酯、顺-3-己烯醇苯甲酸酯、α-法呢烯和吲哚的峰面积之和与芳樟醇的峰面积比值，JTF指数越大，表明茉莉花茶的品质越好，等级越高。刘晓港[18]和陈梅春等[19]通过气相色谱质谱联用仪（GC-MS）和茉莉花茶香气指数对不同窨制原料的茉莉花茶进行研究，但并未实现茉莉花茶香气的产地区分。电子鼻在食品方面的应用非常广，涉及食品分类、风味研究、新鲜度评价、保质期评价等主要领域[20]。自动热脱附仪具有快速简单、灵敏度高等特点，它作为一种气相色谱的无溶剂萃取技术已经得到了广泛的应用[15]。多元统计分析方法可以最大限度地分离不同组间的样品，获得良好的可视化效果，已广泛应用于不同类别[21]、不同等级[22]和不同品种[23]等茶叶分析。

本研究采用电子鼻和自动热脱附-气相色谱-质谱联用仪（ATD-GC-MS）测定福州和横县两地茉莉花茶的香气，并结合多元统计分析方法进行数据挖掘，为探究不同产地茉莉花茶的香气品质奠定基础，并为消费者选择特定风味的茉莉花茶提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

福建福州茉莉花茶（FZ01-FZ08）、广西横县茉莉花茶（HX01-HX14）的市售茶样 罗源生春源茶业有限责任公司和福建闽瑞茶业有限公司。

iNose型电子鼻 上海昂申智能科技有限公司；QC-1S大气采样仪 北京市科安劳保新技术有限公司；自动热脱附-解吸仪配有吸附管 成都科林分析技术有限公司；GCMS-TQ8040 日本岛津公司。

1.2 实验方法

1.2.1 电子鼻测定方法 参照Wang等[15]的方法，采用电子鼻对茉莉花茶样品进行香气测定。

1.2.1.1 样品的前处理 将3.0 g（精确至0.001 g）茉莉花茶样品称入60 mL的顶空瓶中，在55 ℃的水浴锅中平衡40 min后开始检测。

1.2.1.2 电子鼻检测参数 气体流量为800 mL/min；采样时间为5 min；等待时间为15 s；样品清洗时间为150 s。

1.2.1.3 电子鼻响应值的计算 样品清洗时得到参比电阻R0，检测样品后得出样品电阻R，由R/R0即可得出样品的响应值。

1.2.2 ATD-GC-MS测定 参照Wang等[15]的方法，采用ATD-GC-MS对茉莉花茶样品进行香气测定。

1.2.2.1 香气成分的提取 称取3.0 g样品（精确至0.001 g）至顶空瓶中，将顶空瓶密封，并在55 °C的水浴锅中平衡20 min后，采用聚四氟乙烯管连接大气采样仪和顶空瓶，按吸附管上标注的气流方向以200 mL/min的流速采样30 min。挥发性气体提取完成后，立即取下吸附管，用聚四氟乙烯盖密封其两端，送至实验室待测。

1.2.2.2 自动热脱附-解吸仪条件 阀温度200 ℃；传输温度200 ℃；一级解吸温度250 ℃；一级解吸时间5 min；冷阱吸附温度25 ℃；冷阱加热时间3 min；二级解吸温度300 ℃；进样时间60 s；循环时间50 min。

1.2.2.3 色谱条件 GC条件：色谱柱：Rtx-5MS毛细柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；柱箱温度40 ℃，进样口温度240 ℃，柱流量1 mL/min；升温程序：初始温度40 ℃保持3 min，以5 ℃/min升至120 ℃，保持5 min，再以30 ℃/min升至240 ℃，保持8 min；载气（He） 流速3 mL/min，压力49.5 kPa；分流比5:1。

MS条件：电子轰击离子源；接口温度280 ℃；检测器电压0.8 kV；离子源温度230 ℃；质量扫描范围m/z 28～500。

1.2.2.4 定性和定量方法 将质谱图与质谱库（NIST 11.L和Wiley 7）相匹配，以匹配度大于80%为定性鉴定依据[15]。以峰面积进行定量，再除以样品的质量，最终单位为AU/g[24−25]。

1.2.3 茉莉花茶香气评价指数（JTF）计算 JTF=（邻氨基苯甲酸甲酯+顺-3-己烯醇苯甲酸酯+吲哚+α-法呢烯）与芳樟醇的峰面积比值[16]。

1.3 数据处理

使用SPSS 21.0软件（美国IBM公司）进行单因素分析（ANOVA），通过SIMCA 14.1软件（瑞典Umetrics AB公司）对样品进行正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和层次聚类分析（HCA）。

2 结果与分析

2.1 不同产地茉莉花茶的电子鼻数据分析

2.1.1 不同产地茉莉花茶的电子鼻响应值分析 福州茉莉花茶和横县茉莉花茶的电子鼻响应值如表1所示。10个传感器中，S1、S4和S8这3个传感器响应值的组间差异小于或等于组内差异，在两地茉莉花茶之间差异不明显（P＞0.05）。其余7个传感器（S2、S3、S5、S6、S7、S9和S10）对横县茉莉花茶的响应值显著大于福州茉莉花茶（P＜0.05）。

前人研究表明，电子鼻可以快速区分不同香气强度的茉莉花茶，茉莉花茶的香气强度越高，电子鼻的传感器响应值越高[14－15]。由表1可得，横县茉莉花茶的响应值之和显著大于福州茉莉花茶（P＜0.05），说明横县茉莉花茶的香气强度相对较高。

表1 不同产地茉莉花茶的电子鼻响应值Table 1 Electronic nose response values of jasmine tea from different habitats

茉莉花茶的主要香气组分包括醇类、酮类、醛类、酯类、碳氢化合物及含氮化合物[10]。其中，醛类、酯类、醇类、酮类及含氮化合物包含在有机溶剂中。因此，S4（对有机溶剂和酒精敏感）和S6（对碳氢化合物、沼气和甲烷敏感）为茉莉花茶的特征性传感器。实验结果表明，S4对两地茉莉花茶样品的响应值没有显著性差异（P＞0.05），而S6则对横县茉莉花茶的响应值显著高于福州茉莉花茶（P＜0.05）。由此可推测，S6传感器在两地茉莉花茶的区分中起到重要作用。

2.1.2 不同产地茉莉花茶的HCA分析 图1为茉莉花茶样品电子鼻传感器响应值的层次聚类分析结果。由图1可知，福州茉莉花茶（FZ01-FZ08）和横县茉莉花茶（HX01-HX14）分别聚为一类，聚类效果总体良好。

图1 茉莉花茶样品的层次聚类分析Fig.1 Results of hierarchical cluster analysis analysis of jasmine tea samples

2.1.3 不同产地茉莉花茶的OPLS-DA分析 如图2（A）所示，两组样品在得分散点图的横轴上实现了产地区分，与HCA分析结果一致。其中，横县茉莉花茶样品均分布在横轴正半轴（即，第一象限和第四象限），而福州茉莉花茶样品则分布在横轴负半轴（即，第二象限和第三象限）。图2（B）是本判别模型经200次交叉验证计算的结果，如图所示，所有方形点（Q2）都低于右侧原始点，且Q2回归线与纵轴的相交点小于零，说明模型验证有效。

图2 茉莉花茶样品的正交偏最小二乘判别分析Fig.2 Results of orthogonal partial least squares discriminant analysis of jasmine tea samples

10个传感器在判别模型中的变量权重值（VIP）如表2所示，其中5个传感器（S10, S7, S9, S6, S2）的VIP值大于1.0，说明它们在该产地判别模型中的贡献较大。

表2 10个传感器的变量权重值Table 2 Variable importance for projection of ten sensors

综上所述，通过OPLS-DA模型对样品的电子鼻数据进行分析，能够较好地实现两地茉莉花茶的区分，且S2、S6、S7、S9和S10这5个传感器对茉莉花茶产地区分的贡献较大（P＜0.05且VIP＞1）。

2.2 不同产地茉莉花茶的GC-MS数据分析

福州和横县两地茉莉花茶的香气成分种类及含量如表3所示。经ATD-GC-MS分析后，共鉴定出48种挥发性有机化合物，包括5种醛类、16种酯类、10种醇类、11种碳氢化合物、4种酮类、1种含氮化合物和1种酚类。

刘晓港[18]和陈梅春等[19]采用SPME-GC-MS对不同窨制原料（福州茉莉花和横县茉莉花）的茉莉花茶进行测定，使用峰面积归一化法定量分析后发现，福州茉莉花茶的香气成分总量略高于横县茉莉花茶，但两地的JTF指数、香气种类和相对含量都没有显著性差异。本研究采用ATD-GC-MS测定样品并直接以峰面积进行定量分析（表3）。结果表明，福州茉莉花茶的香气成分总量和JTF指数（福州茉莉花茶为7.57；横县茉莉花茶为2.89）皆明显高于横县茉莉花茶样品；两地茉莉花茶的29种香气成分含量差异达到显著水平（P＜0.05），其中包括在两地茉莉花茶中含量较高（＞100×106AU/g）的邻氨基苯甲酸甲酯、苯甲醇、顺-3-己烯醇苯甲酸酯、α-法呢烯和吲哚。

表3 不同产地茉莉花茶香气成分的ATD-GC-MS分析结果Table 3 Analysis results of aroma components of jasmine tea from different origins by ATD-GC-MS

茉莉花茶中的邻氨基苯甲酸甲酯主要来源于窨制过程中的茉莉鲜花[9]，具有橙花香[26]、桃子香[12]和甜葡萄般的气味[27]。其在福州茉莉花茶中的含量是横县茉莉花茶中含量的两倍多，可能与两地茉莉鲜花的品质相关。苯甲醇同时存在于茉莉花和茶坯，可以提高茉莉花茶的甜香和烘焙香[28−29]。曾在乌龙茶和红茶中被检测到的顺-3-己烯醇苯甲酸酯具有草本香、木香和青气[23,30]，其含量在茉莉花开放释香的过程中逐渐增加，对茉莉花茶的品质有重要影响[31]。据报道，具有花香和果香的α-法呢烯是乌龙茶的特征性香气成分之一，在乌龙茶加工过程中显著增加[23,32]；同时，α-法呢烯也是茶坯和茉莉鲜花中原有的挥发性组分，在茉莉花茶的窨制过程大幅增加[17,33]。吲哚具有坚果香、花香和焦香，与茉莉花茶的等级呈正相关[15]。这5种香气成分不仅在茉莉花茶的香气品质方面起到重要作用，且在两地茉莉花茶的差异香气成分中起到主导作用。

续表 3

此外，作为对茉莉花茶鲜灵度有一定影响的香气成分[34]，叶醇和水杨酸甲酯在两地茉莉花茶间差异不明显（P＞0.05），而乙酸叶醇酯、顺-3-己烯醇苯甲酸酯、α-法呢烯和吲哚在福州茉莉花茶中的含量显著高于横县茉莉花茶（P＜0.05）。由此推测，在本试验样品中，福州茉莉花茶的香气鲜灵度相对较高。

3 结论

福州茉莉花茶和横县茉莉花茶的香气成分在种类上相似，而香气成分含量差异明显。福州茉莉花茶的香气鲜灵度相对较高，而横县茉莉花茶的香气强度相对较高。ATD-GC-MS表明，福州茉莉花茶的香气成分总量和JTF指数（福州茉莉花茶为7.57；横县茉莉花茶为2.89）均明显高于横县茉莉花茶样品；两地茉莉花茶的29种香气成分含量差异达到显著水平（P＜0.05），其中包括在两地茉莉花茶中含量较高（＞100×106AU/g）的邻氨基苯甲酸甲酯、苯甲醇、顺-3-己烯醇苯甲酸酯、α-法呢烯和吲哚。茉莉花茶香气不仅在产地间呈现差异，还会随茶坯及鲜花质量、加工工艺和贮存环境等因素的变化而异。因此，将电子鼻与ATD-GC-MS联用，在技术上优势互补，将为后续深入探究茉莉花茶的香气品质提供技术支撑。